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1 宇宙起源新说(上篇:五、“电荷”——千呼万唤始出来)

五、“电荷”——千呼万唤始出来
“电荷”会长什么样子,这恐怕是我们做梦都想看到或看清的但一定不是最美丽的有色或无色“小球”。凡是有点物理学常识的人都知道,“电荷”还会在其周围“激发”“电场”,形成“电场空间”,那么,它又是怎样“激发”出“电场空间”的呢?这些虽属物理学最“小儿科”的问题,却难倒了我们的一代又一代物理学者和学家,我们仅通过近一百多年以来代代相继的物理学者或学家对基本粒子的发现和认识过程,就可见其“电荷”的深藏不露。
其实,“基本粒子”的概念也是随着物理学的发展在不断修正和变化着,“从汤姆逊发现电子到1932年发现中子,人们认识到质子、中子、电子和光子可以称为基本粒子。当时一度认为一切都已经搞清楚:质子和中子构成一切原子的原子核;原子核和电子则构成了自然界的一切原子和分子,而光子仅仅是构成光与电磁波的最小单元。然而好景不长,对物质结构的这样一种‘圆满’的解释并没能持续多久,人们很快便发觉当时所发现的基本粒子不能圆满地解释核力。”(引用语)
“1935年,著名的日本物理学家汤川秀树(1907~1981年)大胆假设,很可能还有未曾发现的新粒子。汤川秀树认为,就像电磁相互作用是通过交换光子而实现的那样,核力是通过核子间交换一种介子而实现的。他还估算出了这种粒子的质量大约是电子质量的200倍。两年之后,美国物理学家卡尔•戴维•安德孙在宇宙射线中发现了一种带电粒子,它的质量是电子的200倍左右,被命名为‘m(缪)介子’。理论预言的成功使人们倍感欣慰,但进一步的考察却令人十分扫兴。因为这种m介子根本不与核子相互作用,很明显,它不可能是汤川秀树所预言的那种粒子。”(引用语)
“1947年,巴西物理学家塞色,M•G•拉帝斯等人利用核乳胶在宇宙射线中又发现了一种介子——p介子。p介子的性质完全符合汤川秀树的预言,能够解释核力。实际上,‘m介子’不是介子而是一种轻子,所以现在将m介子称为‘m 子’。到1947年,人们认识的粒子已达14种之多。其中包括当时已发现的光子(g),正负电子(e±),正负m 子(m ±),三种p介子(p±, p0),质子(p)和中子(n)10种;另外4种就是1956年在实验室中被发现的正反电子、中微子、反质子和反中子。这14种粒子各有用武之地,其中质子、中子和电子构成一切稳定的物质;光子是电磁力的传递者,p介子传递核力,中微子在β衰变中扮演不可缺少的角色(β衰变是原子核自发地放射出电子或正电子,或者俘获原子内电子轨道上的一个电子,而发生的转变);而m子则在宇宙射线中出现。以上这些就构成了第一代粒子。”(引用语)
“稳定的秩序似乎并没有维持多久,‘完满’的旧理论很快就被一系列新的疑问所冲破。在发现p 介子的1947年,人们利用宇宙射线在云室中拍下了两张有V字形径迹的照片,衰变产物是p±介子和质子(p)。这两种径迹不能用任何当时已发现的第一代粒子来解释,于是人们很自然的想到,这一定是两种未发现的粒子衰变所形成的。在之后的几年里,人们拍摄了十多万张宇宙射线照片,终于发现了这两种不带电的新粒子。其中一个质量为电子质量的1000倍,现在被叫做‘k0介子’;另一个约为电子质量的2200倍,现在称为 l粒子(读‘兰布塔’)。我们称它们为第二代粒子,这是因为它们有两个明显的特点:(1) 产生快,衰变慢;(2) 成对(协同)产生,单个衰变。这些特点用过去的理论是无法解释的,所以又称它们为‘奇异粒子’。”(引用语)
“为了对这些奇异粒子进行定量研究,光靠宇宙射线是不够的。50 年代初,一些大型加速器陆续建成,使人们有可能利用加速器所加速的粒子来轰击原子核,以研究奇异粒子。到1964年人们又陆续发现了一批奇异粒子,使人们发现的粒子种类达到了33种。这些奇异粒子统称为‘第二代粒子’。”(引用语)
“如果我们把已发现的30多种粒子按它们的稳定程度来分类,那么其中有的粒子是稳定的,例如质子、电子等;有的粒子却要自发地衰变成其它粒子, 例如m±、p±、π0、k0、λ0……等。它们衰变的时间一般在10-20 ~10-16秒或大于10-10秒,分别属于电磁作用衰变和弱作用衰变。到了60年代,由于加速器的能量逐步提高和高能探测器的迅速发展,在实验上也发现了衰变时间在10-24~10-23秒范围的快衰变粒子,其衰变属强作用衰变。这些粒子被称为‘共振态粒子’,也称‘第三代粒子’。由于它们的出现,使粒子种类猛增到上百。”(引用语)
“基本粒子如此之多,难道它们真的都是最基本、不可分的吗?近40年来大量实验事实表明至少强子是有内部结构的。1964年盖尔曼提出了夸克模型,认为介子是由夸克和反夸克所组成,重子是由三个夸克组成。他因此获1969年物理奖。1990年弗里德曼、肯德尔和泰勒因在粒子物理学夸克模型发展中的先驱性工作而获物理奖。1965年,费曼、施温格、朝永振一郎因在量子电动力学重整化和计算方法的贡献,对基本粒子物理学产生深远影响而获物理奖。温伯格和萨拉姆等以夸克模型为基础,完成了描述电磁相互作用和弱相互作用的弱电统一理论。他们因此而获1979年物理奖。目前统一场论的发展正向着把强相互作用统一起来的大统一理论和把引力统一进来的超统一理论前进。并且这种有关小宇宙的理论与大宇宙研究的结合,正在推进着宇宙学的进展。”(引用语)
“如今,人类为了把宇宙中的四大基本力统一起来,于是Gabriele Veneziano创造了弦论,弦论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。它已经成为人类探寻宇宙奥秘的一个非常重要的理论。”(引用语)
在这里,我们非常有必要专题讨论一下光子——光子起初被爱因斯坦命名为光量子。
“光量子(light quantum),电磁辐射的量子,传递电磁相互作用的规范粒子,记为γ。其静止量为零,不带电荷,其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积,E=hv,在真空中以光速c运行,其自旋为1,是玻色子。早在1900年,M•普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设,物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的,一份一份的,每一份的能量为hv;1905年阿尔伯特•爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性,爱因斯坦称之为光量子;1923年A•H•康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应,从而光量子概念被广泛接受和应用,1926年正式命名为光子。量子电动力学确立后,确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用,正反带电粒子对可湮没转化为光子,它们也可以在电磁场中产生。”(引用语)
“光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少∝光波的频率大小, 频率越高, 能量越高。当一个光子被分子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的分子就从基态变成了激发态。光子具有能量,也具有动量,更具有质量,按照质能方程,E=MC2=HV,求出M=HV/C2。光子由于无法静止,所以它没有静止质量,这儿的质量是光子的相对论质量。光子是传递电磁相互作用的基本粒子,是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体,而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比,光子的静止质量为零,这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样,光子具有波粒二象性:光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质;而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量,光子只能传递量子化的能量。对可见光而言,单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳,这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子,从而引起视觉。除能量以外,光子还具有动量和偏振态,但单个光子没有确定的动量或偏振态。”(引用语)
“光子具有波粒二象性,即说光子像一粒一粒的粒子的特性又有像声波一样的波动性,光子的波动性有光子的衍射而证明,光子的粒子性是由光电效应证明。上面有人认为光子的动质量为零是错误的,光子的静质量为零,否则的话其动质量将为无穷大。但其动质量却是存在的,计算方法是这样的:首先,由于频率为v的光子的能量为 E=hv,(其中h为普朗克常数),故由质能公式可得其质量为:m=E/c2=hv/c2 其中c2表示光速的平方。该方法由爱因斯坦首先提出。经典的波有群速度与相速度之分。光子的速度就是光速。光子有速度、能量、动量、质量。光子不可能静止。光子可以变成其它物质(如一对正负电子),但能量守恒、动量守恒。”(引用语)
从我们对“光”所“权定”出的这一系列结论上看,恐怕连我们自己都会觉得有失通然。从其结论中流露出的一些只言片语上我们隐隐约约也能感觉得到,我们不是不愿意去接受“光”其实就是太空中均匀分布存在着的“以太”——一种“纯质量粒子”的波动现象,而是我们缺少勇气去纠正被我们“盖棺定论”的太空的背景——“真空态”,而“一味”认定“光”只是太空中最匆忙的“过客”。其实,有许多问题我们都是缺乏连贯起来思考的,就说离我们最近的太阳——恒星吧,它已经这样发光了少说也有几十亿年的时间,按照我们现在对“光量子”的理解,每一个“光量子”的能量都对应着一份“hν”,我们可以利用质能关系式简单地去粗略换算一下,太阳通过几十亿年的“发光”得损去多少质量啊!可太阳依然是“起初”(指质量)的太阳。此外,辐射现象也在这样提醒着我们,所有运动着的物质体的质量并未因为不停地辐射出电磁波而有所减小,否则,我们看到的物质世界不会是我们眼前的这种情景。恰恰相反,如果我们将“光”——电磁波理解为“以太”的波动现象,而承认“以太”存在有静质量——只是其非常非常小,我们还无法直接测量出来,而光线在通过大质量星球所表现出来的“弯曲”其实就是大质量星球的引力场对“以太”直接发生的万有引力作用的结果,不更通然吗?这样,我们已经认识的“光动量”不也通然了吗?而“能”再也不会表现的如此抽象和扑朔迷离,叫我们几乎都无法想象出无静质量载体承载的“能”的稳定存在的方式。
我们也可以试想一下,为什么我们将我们的物理学研究延伸进深宇宙和物质的微里之两头以后,我们会遇到这么多麻烦?如果我们权定的“物质”的概念,“空间”的概念,“场作用”的概念和大自然的存在是吻合的非常严实,我们还会遇到这么多的麻烦吗?
随着我们对“基本粒子”的认识的加深,我们已经确定我们认识的“基本粒子”并非是大自然的最基本存在,甚至我们理解的万有引力作用,电、磁场作用等作用方式也有可能不是大自然运动真实存在着的作用方式,如果我们改变一下观念,将大自然的最基本存在——一种“子体”理解为大自然中最小最基本的“平衡体”,而将大自然的运动理解为其是在平衡态和不平衡态之间展开的呢?而我们最熟悉的物质体也仅只是这些最小最基本的“平衡体”在一种“自然平衡作用”的作用下所形成的相对稳定的不平衡态呢?也就是说,我们得设法去寻找到大自然存在着的那个“一”,和这个“一”的“平衡态”和“不平衡态”——既“二”,而这种“平衡态”和“不平衡态”之“二”通过两者之间的互为平衡,互为不平衡的“自然平衡”作用所构成的“三”——“基本物质态”,而这些“基本物质态”就像我们理解的中子、质子和电子一样,通过“平衡体”之间的“自然平衡作用”和“基本物质态”又“衍生”出来的固定作用形式——电场作用而组合成我们最终能直接感觉到的“万物”——“平衡体”不平衡的却是稳定、甚至是相对稳固的万般形态。如果我们的这种设想无论是延伸向深宇宙,还是延伸进物质的微里,都是通然和豁亮的,那么,我们为什么要舍弃这种“简单”而强抱着我们已经抱定的各种“复杂”不放呢?就因为我们已经抱定的这些各种“复杂”中包含着我们的辛勤,包含着我们的汗水,包含着我们的荣誉之“复杂”理由吗?而实质上,我们已经抱定的各种“复杂”只要是真实的,都是可以经得起我们又发现的这种“简单”检验的。否则,我们又发现的这种“简单”决不是我们最终要寻求到的那种“简单”。
现在,我们权且先认为我们对太空的这种设定——“基元体的稳定离散态”和星球、基本粒子(以中子、质子、电子为代表,没有“光量子”的事)的基础模型——“椭球漩涡态”就是我们又发现的这种“简单”——将大自然的最基本存在——一种“子体”理解为大自然中最小最基本的“平衡体”,而将大自然的运动理解为其是在平衡态和不平衡态之间展开的前一幕,来看一下我们对基本粒子的“新定义”所对应的“基本物质态”所表现出来的衍生作用是什么形式,且和我们已经基本认定的“电荷”和“电场”的实验现象是不是相吻合。我们可以将所我们熟悉的任意一颗椭球形状的表面依然停留为气态的星球浓缩成为我们可视的几何尺度,再将基元体放大成我们可视的“纯质量粒子”,和气态星球表面的气态分子对等起来,既都视其为“基元体”,这样,一个“基本粒子”被周围的“基元体的稳定离散态”所包裹着的模型就算建立了起来。现在,我们只来讨论基元体的“漩涡态”与基元体的“稳定离散态”在其交汇面上会发生什么事件。为了简化说明问题,我们沿与基本粒子(星球)自转轴垂直的方向,只选取最中间那个旋转面上的一根法线方向,看其基元体的正交行为所导致的两种结果——既旋转着的基元体在这条法线的“法根”处轮番通过,由于它们沿的是圆轨迹,等同于沿着这根法线方向,在“法根”处产生了一个振动源,而推动着这条法线方向上处于离散态的基元体不断以“纵波”的形式像发射子弹一样连续的向外发射着“电脉冲”——一个波长的纵波,如果我们一直没有搞清的“电荷”激发“电场”的方式所对应的正是这种方式,那么,“电荷”的样子是什么样?“电场”的样子是什么样?不就具体可见了吗?这样,我们继而就可以将“电场”作用的本质归结为“基元体纵波”的稳定干涉。在过去,我们一直怀疑中子也存在着“电荷”,而中子与质子,中子与电子之间之所以不存在电场作用,到了这里解释起来就非常简单,也就是说,它们的“电荷”激发的“电场”只有在其“基元体纵波”的稳定干涉条件满足时,才能发生“电场”——稳定的干涉作用。在我们发现的那么多的稳定或不稳定的基本粒子中,它们表现出来不出来“电荷”性,都不取决于它们自身存在不存在“电荷”,而取决于它们激发的“电场”相互之间满足不满足基元体纵波稳定干涉的条件。其实,“电荷”和“电场”的这种存在形式及“激发”方式也回答了我们在前面提出的太阳的“光”辐射和一般物质体普遍存在着的电磁辐射现象所留下的“质量未损”的疑问。而反过来,太阳的“光”辐射和一般物质体普遍存在着的电磁辐射其“质量未损”不也正是对“电荷”和“电场”的这种存在形式及“激发”方式的最有力的支持吗?
兴奋吗?不管“电荷”和“电场”的存在形式及“电荷”激发“电场”的“激发”方式是不是真的是这样,毕竟我们人类第一次有了可供大家依托和甄别的基础模型。不过,我们也不要兴奋的太早,在这里还存在着一个天大的疑问,既对于基本粒子所对应着的这种“物质稳定态”——“椭球漩涡态”来说,其表面旋转层里的所有基元体在其“基核”确定的引力场空间里一直保持着稳态运动,也就是说,所有在表面层旋转着基元体并未因激发出“电场”而改变自己的“稳态运动”的状态,或者直接说,它们的动能或者说线速度并没有发生任何改变,那么,基本粒子周围处于离散态的基元体持续获得的振动能量,并以“电场”——基元体纵波的形式持续传播出去,其能量源来自哪里?
或者这样说,基元体与基元体发生正交作用,其做切向运动的基元体虽然可以不改变自己的线速度而给法向运动的基元体提供一次碰撞的机会,而使法向方向上的基元体获得振动的初始能量,但做切向运动的基元体同时也是要获得一个向心力而改变自己的旋转轨道的,怎么还能继续保持自己原来的稳态运动呢?这正是我们现在坚持的物理学观点所陷进的一个误区——既物质体与物质体之间发生力的作用必须得直接接触,发生弹变才能产生力的作用——虽然这只是经典物理的观点,可由它所导致的我们的“熟思维”结果总将我们引向疑惑——不是吗?即是我们已经清醒的意识到“场作用”是一种“物质体单受式”的作用,既“场空间”通过“势能位”对“外来”物质体的能位的“平衡调节”,但是,我们谁也不会相信“场空间”里实际蕴藏着与场空间的大小、强弱“对等”着的“能量源”——我们可以这样去理解,就像我们最熟悉的地壳表面以上的重力场(其实质应该是“地核”的引力场——地壳的自转速度严重达不到“第一宇宙速度”而表现出来的非常明显的“微重力”现象)一样,任何一个存在着势能位的空间域,可以无限次的对进入它的领域的外来物质体发生作用——进行能位调节,只有当外来物质体的能位与自己的能势位相吻合时,才表现为“无动于衷”。当外来物质体通过以后,其“存在着势能位的空间域”自己“毫发无损”,依然保持着自己原来的能势态。其实,我们既可以将引力场空间视为一个“等引力场空间数量级”的“能源库”,还可以将引力场空间视为一个“等引力场空间数量级”的“储能器”,对于宇宙这个总“能体”系统来说,增添一个引力场空间,就意味着宇宙这个总“能体”系统增添了与其引力场空间“等引力场空间数量级”的“潜”能源量——这个观点我们并非是随意提出来的,我们只要联想一下我们非常熟悉的“台风”和“龙卷风”在形成前后所对应的两种状态,就会悟出来这一点。否则,在祥和的洋面上空,那些夹带着巨大的破坏能量的“台风”和“龙卷风”的能量从何而来就没得解释了。
有了这些事实引证和理论上的铺垫,我们解释“电荷”在激发“电场”的过程中,凭“空”而生的能量就自然和轻松了许多,我们试想,在每一束“电场”——基元体纵波的“法根”处,做旋转运动的基元体是来了又走,走了又来,其“法根”处是对应着“空了又实,实了又空”,其“能势态”不正是按照弦变规律在反复重复着吗?它等同是一个按照弦变规律呈周期性变化着的引力场空间。
如此说来,宇宙这个“总能系”的最大能量数,取决于宇宙形态体内所拥有的所有引力场空间所蕴藏的“能源量”的总和。而宇宙这个“总能系”实际存在着的能量数,总是低于宇宙这个“总能系”的最大能量数,这是因为任意一个引力场空间“储能器”都不会百分之百的被储满。宇宙增大或向外扩展的实质是宇宙这个“总能系”不断从其形态体之外获得可产生引力场空间的“引力源”,那么,宇宙形态体之外是什么?我们必须先判定一下宇宙或大自然的最基本存在是什么,才有可能给出答案。而要判定出宇宙或大自然的最基本存在是什么?唯一能够开启它的钥匙,恐怕就掌握在“万有引力”的手里,因此,我们必须问一下“万有引力”作用的本质是什么?

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作者:老圃 2011/2/23 9:36:36 | 回复楼主 举报 TOP

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